Linux kernel development Chapter2 进程管理

 

1 进程管理相关代码
  1.1 thread_info结构，在文件<asm/thread_info.h>中定义
      struct thread_info {
           struct task_struct *task;
           struct exec_domain *exec_domain；
           unsigned long flags;
           __u32 cpu;
           __s32 preempt_count;
           mm_segment_t addr_limit;
           u8 supervisor_stack[0];
        };
        每个任务的thread_info结构在其内核栈顶端分配，其task域指向该任务的事件task_struct结构。
   1.2 任务队列（task list）
      双向循环链表，链表每一项都是一个task_struct(定义在include/linux/sched.h中),该进程描述符包含了一个仅进程的所有信息。
   1.3 slab
       linux通过slab机制分配task_struct结构，以达到对象复用和缓存着色的目的。
   1.4 pid
       linux通过pid（pid_t类型,integer)来标示每一个任务进程。为了与老版本unix和linux兼容，pid最大值为32767.如果需要更多进程，可以通过
修改/proc/sys/kernel/pid_max来提高上限。
   1.5 current宏
        current宏用于查找当前正在运行进程的进程描述符。不同的硬件体系结构的实现不同。
        在x86架构中，寄存器不多，不能使用专门的寄存器指向当前进程的task_struct.它的方式是通过在内核栈顶端创建thread_info结构，间接的
查找task_struct结构：
         （1）通过屏蔽栈指针（esp）的后13个有效位获得thread_info结构，在current_thread_info()函数完成：
                   movl $-8192, %eax               ;(-8192)十进制 ＝ (...110 000 000 000 000)二进制
                   andl %esp, %eax
          （2）从thread_info结构的task域中获得task_struct的地址：
                   current_thread_info()->task;
         而在PowerPc机构上，使用了一个专门的寄存器来保存指向当前task_struct结构的地址。

   1.6 set_task_state(task, state)函数
         用于调整指定的进程状态。set_current_state(state)和set_task_state(current，state)含义相同。

2 进程状态
  。TASK_RUNNING, 进程可执行；进程或者正在执行，或者在运行队列中等待执行；
  。TASK_INTERRUPTIBLE,进程被阻塞，等待某些条件的达成。此外可以被进程唤醒并执行；
  。TASK_UNINTERRUPTIBLE, 与可终端状态完全相同，除了它不可以被进程唤醒，并因此使用较少；
  。TASK_ZOMBIE，进程已结束，但是父进程还未调用wait4()系统调用。为了让父进程能够获知它的消息，子进程的进程描述符仍然被保留；
  。Task_STOPPED,进程停止执行，由于接受到信号引起，如SIGSTOP,SIGTSTP等。在调式期间，任何信号都会使进程进入该状态。

 

3 进程创建
  unix的进程创建很特别。许多别的操作系统产生进程都是在新的地址空间创建进程，读入可执行文件，然后开始执行。而
unix则是使用fork()函数拷贝当前进程创建一个子进程，子进程与父进程的区别仅仅在于pid和ppid（父进程id）和某些
资源和统计量，然后调用exec（）函数读取可执行文件并将其载入地址空间开始运行。
  两种方法达到的效果是类似的。
  3.1 写时拷贝
     传统的flok（）系统调用将所有资源复制给新创建的进程，此实现效率低下。linux的fork（）采用了写时拷贝，一种
推迟甚至免除拷贝数据的技术。
     调用fork（）函数时，父子进程共享同一个资源拷贝而并不复制。只有在需要对资源进行写入时，数据才会被复制，以使
父子进程拥有不同的拷贝。当资源根本不会被写入的情况下（例如fork（）之后立即调用exec（）），他们就根本无须复制了，
使得fork（）的实际开销就是赋值父进程的也表以及给子进程创建进程描述符，避免了大量无用拷贝，提高效率。
  3.2 fork（）
     fork（）函数通过调用系统调用clone（），clone（）再调用do_fork(),do_fork()再调用copy_process(),最
后是进程开始运行。
     clone（）系统调用通过一系列的参数标志来知名父子进程需要共享的资源。fork（），vfork(),__clone()等库函数
都根据各自需要的参数标志去调用clone（），然后根据上面的调用函数链完成创建工作。
     下面树copy_process（）函数的工作：
      。 调用dupy_task_struct()为新进城创建一个内核栈，thread_info和task_struct，此时父子进程拥有相同值；
      。 检查当前用户所拥有的进程数目没有超过分配的资源限制；
      。 区分父子进程，子进程描述符内的许多成员被清0或设为初始值；
      。 设置子进程的状态为TASK_UNINTERRUPTIBLE以保证它不会投入运行；
      。 调用copy_flags()更新task_struct的flags成员。超级用户权限标志PF_SUPERPRIV标志清0，表明进程还没有
调用exec()函数的PF_FORKNOEXEC标志被设置；
      。 调用get_pid（）为新进程获取一个有效的pid；
      。 根据传递给clone（）的参数标志，拷贝或共享打开的文件，文件系统信息，信号处理函数，进程地址空间和命名空间等。
      。 让父子进程平分剩余的时间片；
      。 完成扫尾工作并返回一个指向子进程的指针。
   在do_fork()函数中，如果调用copy_process()函数成功返回，则内核唤醒子进程并选择父子进程中的子进程先运行。因为
一般子进程都会马上调用exec（）函数，从而充分利用写时拷贝。避免附近城向地址空间写入数据而导致的不必要拷贝。

   3.3 vfork()
      vfork()和fork（）功能类似，除了不拷贝父进程的页表项。子进程作为父进程的一个单独的线程在它的空间里运行，父进程
被阻塞，直到子进程退出或执行exec（），子进程不能向地址空间写入。
       在原来没有写时拷贝时，效果很好。现在，意义不是很大。